课程设计某化纤厂降压变电所电气设计.docx
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课程设计某化纤厂降压变电所电气设计
实训题目：
某化纤厂降压变电所电气设计
院系：
信息工程与自动化学院自动化系
专业班级：
测控101班
姓名：
学号：
指导教师：
第一部分设计任务书
一、设计题目
某化纤厂降压变电所电气设计
二、设计摘要
电力行业的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、
科学技术和国防提供必不可少的动力。
以发电厂电气部分、高电压技术、继电保
护等专业知识为理论依据，主要对该厂变电站高压部分进行毕业设计训练。
设计
步骤主要包括：
符合统计、负荷计算、方案比较、供电方式确定、短路电流计算、
电气设备选择与继电保护整定以及防雷接地等内容。
三、设计要求
根据本厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按安全可靠，技术先进，经济
合理的要求，确定工厂变电所的位置与型式，通过负荷计算，确定主变压器台数
以容量，进行短路电流计算，选择变电所的主接线及高、低压电气设备，选择整
定继电保护装置，最后按要求写出设计计算说明书，绘出设计图纸。
四、设计资料
设计工程项目情况如下
（1）工厂总平面图见图1
图1某化学纤维厂总平面图
（2）工厂负荷数据：
本工厂多数车间为3班制，年最大负荷利用小时数6400
小时，本厂负荷统计资料见表1，组合方案见表2
表1某化学纤维厂负荷情况表
序号车间设备名称
安装容量
计算负荷
（KW）KdtanφCosφ
P（Kw）Q（Kvar）
1纺练车间
纺丝机2200.800.78
筒搅机560.750.75
烘干机700.751.02
脱水机180.600.80
通风机2400.700.75
淋洗机220.750.78
变频机9500.800.70
传送机300.800.70
小计
2原液车间照明11600.750.70
小计
3酸站照明3100.650.70
小计
4锅炉房照明2700.750.75
小计
5排毒车间照明1400.700.60
小计
6其他车间照明2400.700.75
小计
7
8
9
10全厂计算负荷总计
11
12
表2组合方案
序号纺练车间原液车间酸站锅炉房排毒车间其他附属车间
1ABCDEF
2ABDEFC
3ABEFCD
4ABFCDE
5BACDEF
6BADEFC
7BAEFCD
8BAFCDE
（3）供电电源情况：
按与供电局协议，本厂可由东南方19公里处的城北变
电所110/38.5/11kV，50MVA变压器供电，供电电压可任选。
另外，与本厂相距
5公里处的其他工厂可以引入10kV线路做备用电源，弹容量只能满足本厂负荷
的30%重要负荷，平时不准投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。
（4）电源的短路容量（城北变电所）：
35kV母线的出线断路器断流容量为
1500MVA，10kV母线的出线断路器断流容量为350MVA。
（5）供电局要求的功率因数：
当35kV供电时，要求工厂变电所高压侧Cos
φ≥0.9；当10kV供电时，要求工厂变电所高压侧Cosφ≥0.95。
（6）电费制度：
按两部制电费计算。
变压器安装容量每1kVA为15元/月，
动力电费为0.3元/kWh，照明电费为0.55/（kW·h）。
（7）气象资料：
本厂地区最高温度为38℃，最热月平均最高气温29℃,最
热月地下0.8m处平均温度为22℃，年主导风向为东风，年雷暴雨日数为20天。
（8）地质水文资料：
本厂地区海拔60m，底层以砂黏土为主，地下水位为
2m。
四、设计任务书
（一）设计任务书说明
设计计算的内容，按下列标题及顺序，逐项计算并加以说明。
一、各车间计算负荷和无功补偿
二、各车间变电所的设计选择
三、工厂总降压变电所及接入系统设计
四、短路电流计算
五、变电所高低压电气设备的选择
六、继电保护的配置
七、收获和体会
八、参考文献
（二）设计图纸
1.工厂变电所设计计算用电气主接线简图
2.变电所供电平面布置图
第二部分设计计算书
一、各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法）
（一）纺练车间
1.单台机械负荷计算
（1）纺丝机
已知：
Pe=220kW,K=0.80，tanφ=0.78。
d
故：
P30=PK=220X0.80=176（kW）
ed
Q=Ptaφn=176X0.78=k137.28（var）
3030
（2）筒绞机
已知：
Pe=56kW,K=0.75，tanφ=0.75。
d
故：
30==56X0.75=42（kW）
PPK
ed
Q=Ptaφn=42X0.75k=31.5（var）
3030
（3）烘干机
已知：
e=70,=0.75tan=1.02
PkWK，φ。
d
故：
P30=PK=70X0.75=52.5（kW）
ed
Q=Ptaφn=52.5X1.02k=53.55（var）
3030
（4）脱水机
已知：
Pe=18kW,K=0.60，tanφ=0.80。
d
故：
P30=PK=18X0.60=10.8（kW）
ed
Q=Ptaφn=10.8X0.8k0=8.64（var）
3030
（5）通风机
已知：
e=240,=0.70tan=0.75
PkWK，φ。
d
故：
30==240X0.70=168（kW）
PPK
ed
Q=Ptaφn=168X0.7k5=126（var）
3030
（6）淋洗机
已知：
e=22,=0.75tan=0.78
PkWK，φ。
d
故：
P30=PK=22X0.75=16.5（kW）
ed
Q=Ptaφn=16.5X0.78k=12.87（var）
3030
（7）变频机
已知：
Pe=950kW,K=0.80，tanφ=0.70。
d
故：
P30=PK=950X0.80=760（kW）
ed
Q=Ptaφn=760X0.7k0=532（var）
3030
（8）传送机
已知：
e=30,=0.80tan=0.70
PkWK，φ。
d
故：
P30=PK=30X0.80=24（kW）
ed
Q=Ptaφn=24X0.70k=16.8（var）
3030
纺练车间单台机械负荷计算统计见表3
表3纺练车间单台机械负荷计算统计表
安装容量
计算负荷
序号车间设备名称
（KW）Kdtanφ
P（Kw）Q（Kvar）
1纺丝机2200.800.78176137.28
2筒搅机560.750.754231.5
3烘干机700.751.0252.553.55
4脱水机180.600.8010.88.64
5通风机2400.700.75168126
6淋洗机220.750.7816.512.87
7变频机9500.800.70760532
8传送机300.800.702416.8
小计16061249.8918.64
2.车间计算负荷统计（计及同时系数）
取同时系数：
=0.9Q=0.95
KΣ，KΣ
P
P30=KΣPΣP3=00.9X1249.8=1124.82（kW）
Q=KQ=0.95X918.64=k872.708（var）
ΣΣ
30Q30
2222
S30=P30+Q30=1124.82+872.70（8=VA1）423.67k
（二）其余车间照明负荷计算
1.原液车间
P=1160kW,K=0.75，tanφ=0.70。
已知：
e
d
故：
30==1160X0.75=870（kW）
PPK
ed
Q=Ptanφ=870X0.70=609（kvar）
3030
2222
S30=P30+Q30=870+609=1061.97（kVA）
2.酸站照明
已知：
Pe=310kW,K=0.65，tanφ=0.70。
d
故：
30==310X0.65=201.5（kW）
PPK
ed
Q=Ptanφ=201.5X0.70=141.05（kvar）
3030
2222
S30=P30+Q30=201.5+141.05=245.96（kVA）
3.锅炉房照明
已知：
Pe=270kW,K=0.75，tanφ=0.75。
d
故：
P30=PK=270X0.75=202.5（kW）
ed
Q=Ptanφ=202.5X0.75=151.875（kvar）
3030
2222
S30=P30+Q30=202.5+151.875=253.125（kVA）
4.排毒车间
已知：
e=140,=0.70tan=0.60
PkWK，φ。
d
故：
30==140X0.70=98（kW）
PPK
ed
Q=Ptanφ=98X0.60=58.8（kvar）
3030
2222
S30=P30+Q30=98+58.8=114.29（kVA）
5.其他车间
已知：
e=240,=0.70tan=0.75
PkWK，φ。
d
故：
30==240X0.70=168（kW）
PPK
ed
Q=Ptanφ=168X0.75=126（kvar）
3030
2222
S30=P30+Q30=168+126=210（kVA）
各车间计算负荷统计见表4
表4各车间计算统计列表
序
安装容
P
30
Q
30
S
30
车间设备名称
量（KW）
号
（Kw）（Kvar）（kVA）
1纺练车间16061124.8872.711423.6
27
2原液车间照明11608706091061.9
7
3酸站照明310201.5141.05245.96
4锅炉房照明270202.5151.87253.13
5
5排毒车间照明1409858.8114.29
6其他车间照明240168126210
二、各车间变电所的设计选择
（一）各车间变电所位置及全场供电平面草图
根据地理位置及各车间计算负荷大小，决定设立3个车间变电所，各自供电范围
如下：
变压所I：
纺练车间、锅炉房。
变压所II：
原液车间、办公及生活区。
变压所III：
排毒车间、其他车间、酸站。
全厂供电平面图见图2
图2全厂供电平面图
（二）各车间变压器台数及容量选择
1.变压所I变压器台数及容量选择。
（1）变压所I的供电负荷统计。
同时系数取：
=0.9Q=0.95
KΣ，KΣ
P
ΣP30=KΣP（P30+P30）=0.9X（1124.83+202.5）=1194.60（kW）
纺锅
Σ
Q=K（Q+Q）=0.95X（872.71+151.88）=973.36（kvar）
30ΣQ30纺30锅
（2）变压所I的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。
无功补偿试取：
Q=400kvar
c
补偿以后：
Q30=973.36-400=573.36kvar
ΣP
1194.6030
cosφ===0.902>0.90
2222
ΣP+（ΣQ-Qc）1194.60+（973.36-400）
3030
22
S1=ΣP30+（ΣQ30-Qc）=1325.07（kVA）
（3）变压所I的变压器选择。
为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可
供车间总负荷的70%）：
S1=0.7S1=0.7X1325.07=927.55（kVA）
NT
选择变压器型号为SL7系列，额定容量为1000kVA，两台。
查表得出变压器的各项参数：
空载损耗ΔP0=1.8kW
负载损耗P=11.6
ΔkkW
阻抗电压%=4.5
U
k
空载电流I0%=1.1
（4）计算每台变压器的功率损耗（n=1）.
11
S=S=X1325.07=662.535（kVA）
301
22
1S662.535
3022
ΔnΔΔkW
P=P+P（）=1.8+11.6X（）=6.89（）
T0k
nS1000
N
ΔQ
T
I%1U%S662.535
0k3022
=nS+PS（）=11+45X（）=30.75（kvar）
NN
100n100S1000
N
也可用简化公式：
ΔP≈0.015S=0.015X662.535=9.94（kW）
T30
ΔQT≈0.06S30=0.06X662.535=39.75（kvar）
2.变压所II变压器台数及容量选择
（1）变压所II的供电负荷统计
P30=870kW
Q=609kvar
30
（2）变压所II的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）
无功补偿试取：
=200var
Qk
c
补偿以后：
Q30=609-200=409kvar
P870
30
cosφ===0.905>0.90
2222
P+（Q-Qc）870+（609-200）
3030
22
SII=P30+（Q30-Qc）=961.34（kVA）
（3）变压所II的变压器选择。
为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可
供车间总负荷的70%）：
SS
II=0.7II=0.7X961.34=672.94（kVA）
NT
选择变压器型号为SL7系列，额定容量为630kVA（附带供电给办公及生活区）。
查表得出变压器的各项参数：
空载损耗P=1.3
UkWΔ
负载损耗P=8.1
KkWΔ
阻抗电压%=4.5
U
k
空载电流I0%=2.0
（4）计算每台变压器的功率损耗
11
S=S=X961.34=480.67（kVA）
30II
22
1S480.67
3022
ΔΔΔ
P=nP+P（）=1.3+8.1X（）=6.02（kW）
T0k
nS630
N
ΔQ
T
I%1U%S480.67
22
0k30
=nS+PS（）=12.6+28.35X（）=29.10（kvar）
NN
100n100S630
N
也可用简化公式：
Δ
P=0.015S=0.015X480.67=7.21（kW）
T30
ΔQT=0.06S30=0.06X480.67=28.84（kvar）
3.变压所III变压器台数及容量选择
（1）变压所III的供电负荷统计
ΣP30=P30酸+P30排+P30其=201.5+98+168=467.5（kW）
Σ
Q=Q+Q+Q=141.05+58.8+126=325.85（kvar）
3030酸30排30其
K=0.9K=0.95
Σ，Σ
同时系数取：
Q
P
PK
III=ΣPΣP30=0.9X467.5=420.75（kW）
Q=KΣΣQ=0.95X325.85=309.56（kvar）
IIIQ30
（2）变压所III的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）
无功补偿试取：
=150var
Qk
c
补偿以后：
Q30=309.56-150=159.56kvar
P420.75
III
cosφ===0.94>0.90
2222
P+（Q-Qc）420.75+（309.56-150）
IIIIII
22
SIII=PIII+（QIII-Qc）=449.99（kVA）
（3）变压所III的变压器选择。
为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台
可供车间总负荷的70%）：
SIII=0.7SIII=0.7X449.99=314.99（kVA）
NT
选择变压器型号为SL7系列，额定容量为315kVA，两台。
查表得出变压器的各项参数：
空载损耗ΔP0=0.76kW
负载损耗P=4.8
KkWΔ
阻抗电压%=4
U
K
空载电流I0%=2.3
（4）计算每台变压器的功率损耗
11
S=S=X449.99=224.995（kVA）
30II
22
1S224.995
3022
ΔΔΔ
P=nP+P（）=0.76+4.8X（）=3.21（kW）
T0k
nS315
N
ΔQ
T
I%1U%S224.995
0k3022
=nS+PS（）=7.245+12.6X（）=13.67（kvar）
NN
100n100S315
N
也可用简化公式：
Δ
P=0.015S=0.015X224.995=3.37（kW）
T30
ΔQT=0.06S30=0.06X224.995=13.50（kvar）
（三）厂内10kV线路截面选择
1.供电给变电所I的10kV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：
P
30
1
=X1194.60=597.3（kW）
2
1
Q=X573.36=286.68（kvar）
30
2
计及变压器的损耗：
'
P=P+ΔP=597.3+6.89=604.19（kW）
30b
'
Q=Q+ΔQ=286.68+30.75=317.43（kvar）
30b
SQkVA
'=P'2+'2=604.192+317.432=682.50（）
'
S682.5
I===39.40（A）
30
3U3X10
先按经济电流密度选择导线经济截面：
由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得：
架空线的经济
电流密度
2
jAmm。
=0.9/
ec
所以可得经济截面：
I3058.17
2
A===64.63（mm）
ec
j0.9
ec
可选导线型号为LJ-35，其允许载流量为I1=170A
n
相应参数为r0=0.96Ω/km，
x0=0.34Ω/km
。
再按发热条件检验：
已知θ=29℃，温度修正系数为：
K
t
70-70-29
θ
===0.95
70-2570-25
'
I1=KI1=0.95X170=161.5A>I30=39.40A
ata
由上式可知，所选导线符合长期发热条件。
由于变电所I紧邻35/11kV主变压器，10kV线路很短，其功率损耗可忽略不计。
线路首端功率：
'
P=P=604.19（kW）
'
Q=Q=317.43（kvar）
2.供电给变电所II的10kV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：
P
30
1
=X870=435（kW）
2
1
Q=X409=204.5（kvar）
30
2
计及变压器的损耗：
'
P=P+P=435+6.02=441.02（kW）
Δ
30b
'
Q=Q+Q=204.5+29.10=233.60（kvar）
Δ
30b
''2'222
S=P+Q=441.02+233.60=499.07（kVA）
'
S499.07
I===28.81（A）
30
3U3X10
先选经济截面：
I3028.81
2
A===32.01（mm）
ec
j0.9
ec
可选导线型号为LJ-25，其允许载流量为1=135
IA
n
相应参数为r0=1.33Ω/km，
x0=0.35Ω/km
。
再按长期发热条件检验：
'
I1=KI1=0.95X135=128.25A>I30=28.81A
ata
由上式可知所选导线符合发热条件。
根据地理位置图及比例尺，得到此线路长度为l=0.32km
10kV线路功率损耗：
22
30
ΔPl=3IRL=3X28.81X1.33X0.32=1.06（kW）
22
ΔQl=3IXL=3X28.81X0.35X0.32=0.28（kvar）
30
线路首端功率：
'
P=P+ΔP=441.02+1.06=442.08（kW）
'
Q=Q+ΔQ=233.60+0.28=233.88（kvar）
3.供电给变电所III的10kV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：
1
[K]
P=XX（P+P+P）
30ΣP排其酸
2
1
=X[0.9X（98+168+201.5）]=210.38（kW）
2
1
Q[K排其酸C]
=XX（Q
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